способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы

Формула изобретения

Способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы охлаждения теплообменного оборудования путем подачи в теплосеть, включающий умягчение и осветление продувочной воды перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему подпиточной воды, отличающийся тем, что умягчение продувочной воды осуществляют за счет реагентной декарбонизации в щелочной среде подпиточной воды циркуляционной системы, последующего двухступенчатого натрий-катионирования декарбонизованной воды и подачи в циркуляционную систему подпиточной воды, прошедшей вторую ступень натрий-катионирования, где ее смешивают с нагретой в теплообменном оборудовании оборотной водой, поступающей на испарительное охлаждение, после которого в оборотную воду вводят производное полигексаметиленгуанидина до уровня предельно допустимой концентрации по органолептическому признаку вредности, периодически увеличивая его содержание до уровня максимально недействующей концентрации, при этом осветление продувочной воды производят фильтрованием, причем величину расхода продувочной воды, направляемой на утилизацию, поддерживают равной потребности теплосети в теряемой сетевой воде, а избыток продувочной воды после фильтрования возвращают в циркуляционную систему.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам утилизации продувочной воды циркуляционной системы и может быть использовано на тепловой электростанции (ТЭС).

Известен способ обработки оборотной воды циркуляционной системы производным полигексаметиленгуанидина. В известном способе при обработке оборотной воды в качестве производного используют хлорид полигексаметиленгуанидина дозой 0.2-0.9 мг/л (авторское свидетельство №1773876, БИ №47, 1992).

Недостатком способа является значительное содержание в используемом для обработки оборотной воды хлориде полигексаметиленгуанидина продукта реакции поликонденсации полимера - аммиака (до 0.2% от веса сухого продукта). Аммиак, попадая в оборотную воду из хлорида полигексаметиленгуанидина, способствует коррозионному разрушению теплообменного оборудования из меди и ее сплавов, например, латунных поверхностей нагрева конденсаторов турбин ТЭС. Другим недостатком используемого в известном способе хлорида полигексаметиленгуанидина являются низкие значения пороговых уровней его допустимого содержания в обработанной воде. Предельно допустимая концентрация хлорида полигексаметиленгуанидина по органолептическому признаку вредности регламентируется на уровне 1 г/м³, а его максимально недействующая концентрация - на уровне 2 г/м³ (экспертное заключение №ЭГ-55/09 от 30.09.1998 г. кафедры экологии человека и гигиены окружающей среды ММА им. И.М.Сеченова). Под предельно допустимой концентрацией по органолептическому признаку вредности понимается гигиенический норматив, при соблюдении которого не изменяются органолептические свойства воды (воспринимаемые органами чувств: окраска, привкус, опалесценция и др.). Максимально недействующая концентрация - количество вещества, которое при энтеральном поступлении в организм человека на протяжении всей его жизни не оказывает неблагоприятного влияния на состояние здоровья настоящего и будущих поколений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации продувочной воды оборотной системы охлаждения конденсаторов турбин ТЭС путем подачи в теплосеть, включающий ее осветление и умягчение перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему подпиточной воды (Моисейцев Ю.В. Сокращение водопотребления и водоотведения в системах водоподготовки и переработки сточных вод на ТЭС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2001 г.).

Недостатки способа определяет прием подачи подпиточной воды в циркуляционную систему из поверхностного водного объекта без предварительной обработки. Он ограничивает число поверхностных водных объектов, вода которых может быть использована для подпитки циркуляционных систем с градирнями без нарушения критериев эпидемической и экологической безопасности. Кроме того, прием использования подпиточной воды из поверхностного водного объекта без предварительной обработки вызывает потерю электрической мощности станции во время летнего периода эксплуатации за счет роста температурного напора в конденсаторах турбин вследствие осадкообразования на теплопередающих поверхностях. Этот прием также делает невозможным поддерживать расход продувочной воды из циркуляционной системы, равной потребности теплосети в утилизируемой воде. Расход продувочных вод, как правило, в несколько раз превышает потребность теплосети в подпиточной воде и обуславливает необходимость сброса части продувочной воды в поверхностный водный объект рыбохозяйственного назначения или ее дорогостоящей обработки с применением опреснительной техники. Продувочная вода оборотной системы охлаждения конденсаторов турбин ТЭС содержит в своем составе продукт коррозии латунных поверхностей нагрева конденсаторов - медь. Ее концентрация в десятки раз превышает ПДК меди в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения, которая составляет 0.001 г/м³. В частности, содержание меди в продувочной воде оборотной системы ТЭЦ-25 АО МОСЭНЕРГО достигает значений 0.032-0.100 г/м³. Сброс такой продувочной воды наносит существенный экологический ущерб принимающему ее водному объекту, а сама ТЭЦ-25 несет существенный экономический ущерб за счет штрафных санкций природоохранных органов.

Экологическим ущербом сопровождается также фенольная техногенная нагрузка на атмосферу, которую при повышенном содержании фенола в речной воде, используемой без предварительной обработки для компенсации потерь оборотной воды, оказывает циркуляционная система охлаждения оборудования, загрязняя фенолом поток охлаждающего оборотную воду атмосферного воздуха в градирнях. Обладая способностью образовывать с водой азеотропную (т.е. нераздельно кипящую) смесь, продукт которой в природных условиях характеризуется наличием специфических межмолекулярных взаимодействий, фенол мигрирует из охлаждаемой воды в атмосферный воздух в форме азеотропного гидрата фенола С₆Н₅OH 57Н₂O.

В организм людей из атмосферного воздуха фенол может поступать через легкие, неповрежденную кожу и слизистые оболочки. Токсическое и физиологическое действие фенола хорошо известно. Его рефлекторное действие, предупреждаемое максимально разовой ПДК_мр в атмосферном воздухе 0,01 мг/м³, заключается в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей, ощущении запаха и задержке дыхания. При резорбтивном действии, предупреждаемом среднесуточным ПДК_сс=0,003 мг/м³, он вызывает у человека развитие различных токсических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, ведущих к нарушению функций нервной системы, дыхания и кровообращения.

Некоторые сведения по проблеме загрязнения окружающей среды этим соединением содержатся в ежегодных Государственных докладах "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации". Обращает на себя внимание широкая география экстремально высокого содержания фенола в атмосферном воздухе городов. Его концентрация в 12-35 раз выше максимально разовой ПДК_мр регистрируется в воздухе городов Иркутск, Краснодар, Магадан, Магнитогорск, Нижний Тагил, Санкт-Петербург, Ставрополь, Губаха и Тюмень. Прослеживается также широкая география экстремально высокого загрязнения водной среды этим соединением. Как органическое соединение ароматического ряда, он обладает характерным интенсивным запахом. Его ПДК в воде водных объектов всех видов водопользования имеет значение 1 мг/м³. Лимитирующий признак вредности, по которому установлен норматив ПДК, - органолептический, связан с запахом воды. Экстремально высокое загрязнение воды фенолом от 2 до 73 ПДК регистрируется в бассейновых реках Амур, Белая, Дон, Иртыш, Кольма, Лена, Обь, Северная Двина, Селенга, притоках Волги, а также реках Камчатки и Сахалина.

Учитывая широкую географию загрязнения бассейнов поверхностных водных объектов фенолом, речная вода, содержащая названное соединение в повышенных концентрациях, не редко может служить в качестве подпиточной для циркуляционных систем охлаждения оборудования с градирнями. Хорошо известно, что в градирнях происходят потери оборотной воды в атмосферу на испарение и унос. Температура кипения азеотропного гидрата фенола, в форме которого фенол мигрирует в атмосферный воздух, ниже температуры кипения воды (99.6°С). Поэтому в процессе испарительного охлаждения в градирнях избыток тепла уносится из охлаждаемой воды, прежде всего с азеотропным гидратом фенола. После удаления содержавшегося в воде фенола, необходимый эффект охлаждения достигается за счет последующего испарения молекул воды. Отсюда следует, что испарительное охлаждение оборотной воды в градирнях является источником загрязнения атмосферного воздуха фенолом как исходя из изложенного механизма его испарения из охлаждаемой воды, так и в результате ее капельного уноса. Таким образом, миграцию фенола из охлаждаемой оборотной воды в атмосферный воздух вызывают оба названных вида ее потерь. Они формируют техногенную фенольную аномалию на теплоэнергетических объектах, где речная вода, содержащая фенол в повышенных концентрациях, служит для подпитки циркуляционных систем охлаждения оборудования с градирнями.

В соответствии со статьей 3.1.2 СанПиН 2.1.6.983-00 "Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест" не допускается проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию объектов, являющихся источниками загрязнения атмосферы, на территориях с уровнями загрязнения, превышающими установленные гигиенические нормативы, т.е. ПДК, Очевидно, что под действие статьи 3.1.2 СанПиН 2.1.6.983-00 попадают теплоэнергетические объекты, где речная вода, содержащая фенол в повышенных концентрациях, служит для подпитки циркуляционных систем охлаждения оборудования с градирнями испарительного охлаждения оборотной воды. В этой связи любое планируемое создание и увеличение мощности действующих объектов теплоэнергетики на территории России, неизбежно приведет к нарушению гигиенических требований по содержанию фенола в атмосферном воздухе соответствующих населенных пунктов.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении энергетической эффективности, а также эпидемической и экологической безопасности водопользования теплоэлектростанций.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе утилизации продувочной воды циркуляционной системы охлаждения теплообменного оборудования путем подачи в теплосеть, включающем умягчение и осветление продувочной воды перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему подпиточной воды, умягчение продувочной воды осуществляют за счет реагентной декарбонизации в щелочной среде подпиточной воды циркуляционной системы, последующего двухступенчатого натрий-катионирования декарбонизованной воды и подачи в циркуляционную систему подпиточной воды, прошедшей вторую ступень натрий-катионирования, где ее смешивают с нагретой в теплообменном оборудовании оборотной водой, поступающей на испарительное охлаждение. После испарительного охлаждения в оборотную воду вводят производное полигексаметиленгуанидина до уровня предельно допустимой концентрации по органолептическому признаку вредности, периодически увеличивая его содержание до уровня максимально недействующей концентрации. При этом осветление продувочной воды производят фильтрованием, причем величину расхода продувочной воды, направляемой на утилизацию, поддерживают равной потребности теплосети в теряемой сетевой воде, а избыток продувочной воды после фильтрования возвращают в циркуляционную систему.

Реагентная декарбонизация воды в щелочной среде предполагает одновременное снижение в умягченной воде содержания солей жесткости кальция и магния. Величина рН 10.9 является обычной, требующейся для практического решения задачи (В.А.Клячко, И.Э.Апельцин. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971, с.335-343). Однако такой прием не используется в процессе подготовки воды для подпитки циркуляционных систем из-за высокой гидратной щелочности воды после декарбонизации. Содержание гидратной щелочности в воде после декарбонизации при названном значении рН обычно составляет 0.5 г-экв/м³. После двухступенчатого натрий-катионирования, такая вода содержит эквивалентную концентрацию едкого натра (20 г/м³). Учитывая незначительную, с химической точки зрения, на этом фоне концентрацию фенола в природных поверхностных водах России (2-17 мг/м³), его взаимодействие с едким натром умягченной воды в щелочной среде во всем названном диапазоне концентраций приводит к феноляту натрия C₆H₅ ONa. Фенолят натрия с подпиточной водой поступает в нагретую оборотную воду и далее в составе оборотной воды на испарительное охлаждение в градирни. В отличие от фенола это соединение не перегоняется с водяным паром при испарительном охлаждении оборотной воды и циркулирует в ее составе, аналогично другим солям. Таким образом, использование приема реагентной декарбонизации подпиточной воды циркуляционной системы в щелочной среде по новому назначению, для предотвращения поступления фенола в атмосферный воздух из градирен на теплоэнергетических объектах, дает возможность создавать и увеличивать мощность действующих объектов теплоэнергетики на территории России без нарушения требований санитарных правил и норм.

После смешения умягченной подпиточной воды с оборотной, ее гидратная щелочность в результате взаимодействия с бикарбонатами оборотной воды трансформируется в карбонатную щелочность по следующей схеме: ОН^-+НСО₃ ^- СО₃ ^2-+Н₂О. Поэтому практически вся щелочность умягченной подпиточной воды, как карбонатная, так и гидратная, в составе нагретой оборотной воды, поступающей в градирни на охлаждение, представлена карбонатными ионами. Градирня, как абсорбер, где все вещества, содержащиеся в охлаждающем воздухе, передаются охлаждаемой воде, служит массообменным аппаратом, в котором из охлаждающего атмосферного воздуха в оборотную воду поступает углекислый газ. Массовый поток углекислого газа, контактирующего с оборотной водой в процессе ее испарительного охлаждения в градирне можно рассчитать, зная объемное содержание углекислого газа в атмосферном воздухе и расход охлаждающего воздуха. Объемное содержание углекислого газа в стандартной атмосфере по справочным данным составляет 0.03%, а расход охлаждающего воздуха пропорционален расходу охлаждаемой воды и изменению ее температуры в градирне. В основе пропорциональности лежит реальный, самопроизвольно возникающий, баланс потоков тепла, отдаваемого оборотной водой в градирнях и уносимого из них с охлаждающим воздухом. Исходя из реально существующего баланса потоков тепла, на основании теплотехнических и физико-химических расчетов, установлено, что массовый поток углекислого газа через оборотную воду с охлаждающим атмосферным воздухом ориентировочно в 800 раз больше (в эквивалентном отношении) массового потока карбонатной щелочности, поступающего с добавочной водой в оборотную воду. С учетом степени использования углекислого газа в барботажных устройствах, которая достигает 20-30%, такой избыток углекислого газа обеспечивает перевод всей карбонатной щелочности нагретой оборотной воды в бикарбонаты по схеме: СО ₃ ^2-+СО₂+Н₂О СО₃ ^2-+Н₂СО₃ 2НСО₃ ^-, поддерживая в охлажденной оборотной воде на выходе из градирен бикарбонатную форму всей щелочности и соответствующую ей теоретически единственно возможную величину рН 8.4. На практике возможно некоторое отклонение от названной величины рН в большую сторону (но не более рН 8.7) из-за гидродинамических нарушений в конструкциях распределительных устройств воды по периметру градирни. Других видимых причин отклонения величины рН в большую сторону нет, поскольку избытка углекислого газа достаточно для перевода любых количеств не прореагировавшей (согласно представленной выше схеме) по каким-либо причинам гидратной щелочности из состава подпиточной воды сначала в карбонаты, а затем в бикарбонаты. Те же аргументы позволяют прогнозировать установление обозначенного уровня величины рН оборотной воды в условиях ее испарительного охлаждения в градирнях при эксплуатации действующих циркуляционных систем теплоэлектроцентралей с любой подпиточной водой. Среднеквартальные значения рН продувки оборотной воды из циркуляционной системы ТЭЦ-25, регистрируемые в пределах 8.4-8.5, подтверждают такой прогноз.

Следует отметить, что установление в охлажденной градирнями оборотной воде названного уровня величины рН выявлено и доказано впервые. Сведений об этой технологической особенности гидрохимического режима испарительного охлаждения в технической литературе не содержится. Выявленная технологическая особенность служит формирующим звеном неизвестной ранее последовательности операций, включающей декарбонизацию в щелочной среде подпиточной воды циркуляционной системы и последующее двухступенчатое натрий-катионирование, после которого подпиточную воду смешивают с нагретой в теплообменном оборудовании оборотной водой перед испарительным охлаждением в градирне, а после него в оборотную воду вводят производное полигексаметиленгуанидина. С одной стороны установление в оборотной воде величины рН 8.4-8.5, за счет ее испарительного охлаждения в градирнях, дает возможность проводить реагентную декарбонизацию подпиточной воды циркуляционной системы в щелочной среде без опасности роста гидратной щелочности и соответственно рН оборотной воды выше гигиенических нормативов (рН не более 9). С другой, нейтральная величина рН охлажденной воды создает постоянно существующие благоприятные условия для ввода в состав оборотной воды производного полигексаметиленгуанидина, поскольку нейтральный уровень рН не оказывает влияния на свойства производных полигексаметиленгуанидина.

Необходимость введения в оборотную воду производного полигексаметиленгуанидина связана с поступлением в оборотную воду из охлаждающего ее атмосферного воздуха микроорганизмов и пылевидных частиц, поскольку известно, что градирня испарительного охлаждения оборотной воды в составе циркуляционной системы теплоэлектростанции - это абсорбер, где все загрязняющие компоненты, содержащиеся в охлаждающем атмосферном воздухе, передаются охлаждаемой оборотной воде (Технические записки по проблемам воды: Пер. с англ. В 2-х т. Т.2. - М.: Стройиздат, 1983, с.719).

Микробиологический состав оборотной воды, подаваемой в теплосеть, является лимитирующим показателем опасности ее использования. Присутствие в оборотной воде, подаваемой в теплосеть, патогенных микроорганизмов может послужить причиной вспышек инфекционных заболеваний среди контингентов рабочих, занятых в обслуживании циркуляционных систем, при авариях в распределительной сети технического водопровода и случайных протечках воды. Для обеззараживания оборотной воды в нее, после испарительного охлаждения в градирнях, вводят производное полигексаметиленгуанидина до уровня предельно допустимой концентрации по органолептическому признаку вредности. Периодически, при обнаружении в оборотной воде устойчивых штаммов микроорганизмов, его содержание в оборотной воде увеличивают до уровня максимально недействующей концентрации.

В качестве производного полигексаметиленгуанидина преимущественно используют фосфатсодержащее производное - продукт взаимодействия хлорида полигексаметиленгуанидина с гидроортофосфатом аммония или ортофосфорной кислотой. Это связано с тем, что фосфатсодержащее производное полигексаметиленгуанидина имеет предельно допустимую концентрацию по органолептическому признаку вредности 1.5 г/м ³, а его максимально недействующая концентрация достигает 8 г/м³ (экспертное заключение №ЭГ-53/02 от 12.02.04 кафедры экологии человека и гигиены окружающей среды ММА им. И.М.Сеченова). Введение в оборотную воду производного полигексаметиленгуанидина до уровня предельно допустимой концентрации по органолептическому признаку вредности 1.5 г/м³ обеспечивает эпидемическую безопасность оборотной воды и ингибирует развитие биологического обрастания циркуляционной системы от микроорганизмов, поступающих в оборотную воду из охлаждающего атмосферного воздуха. Периодически, при обнаружении в градирнях сформировавшихся пленок биологического обрастания, содержание производного полигексаметиленгуанидина в оборотной воде повышают до 8 г/м³, а после разрушения биопленок его опять вводят до уровня 1.5 г/м³. Увеличивать содержание производного полигексаметиленгуанидина в оборотной воде выше максимально недействующей на человека концентрации нельзя, поскольку обслуживающий градирни персонал периодически находится в зоне оседания капельного уноса оборотной воды. Постоянно поддерживать максимально недействующую концентрацию реагента в оборотной воде не целесообразно по экономическим соображениям. При названном значении максимально недействующей концентрации фосфатсодержащего производного полигексаметиленгуанидина (8 г/м ³) уничтожается периодически возникающее загрязнение оборотной воды клетками зеленых водорослей и грибов, а также патогенными и условно-патогенными бактериями. Тем самым повышают санитарно-эпидемическую безопасность циркуляционной системы и теплосети. После уничтожения названных микроорганизмов реагент опять вводят до уровня предельно допустимой концентрации по органолептическому признаку вредности 1.5 г/м³, которая обеспечивает текущую санитарно-эпидемическую безопасность циркуляционной системы и теплосети до очередного обнаружения клеток зеленых водорослей, грибов или патогенных и условно-патогенных бактерий, стойких к этому уровню концентрации производного полигексаметиленгуанидина.

Концентрация взвешенных веществ в оборотной воде, поступающих из охлаждающего воздуха, зависит от соотношения потерь на испарение в составе общей убыли оборотной воды из циркуляционной системы. Она возрастает с ростом потерь оборотной воды на испарение и уменьшением расхода продувочной воды. Расчеты показали, что в условиях теплоснабжения г. Москвы и среднегодовой загрязненности воздуха пылевидными частицами около 0.6 ПДК (0.09 мг/м³), выравнивание расхода продувочной воды, подаваемой в теплосеть на утилизацию, в соответствии с потерями сетевой воды, сопровождается повышением концентрации взвешенных веществ в оборотной воде до 15-34 г/м³. Однако допустимое содержание взвешенных веществ в восстановленной воде, предназначенной для использования в открытых и закрытых системах технического водоснабжения, методическими указаниями МУ 2.1.5.1183-03 регламентируется на уровне 3 и 10 г/м³ соответственно. При этом для подпитки теплосети техническую воду методическими указаниями РД 24.031.120-91 допускается использовать с прозрачностью по шрифту не менее 30 см. Такая прозрачность воды достигается при содержании взвешенных веществ до 2 г/м ³.

Для удаления взвешенных веществ из оборотной воды, содержащей производное полигексаметиленгуанидина, перед подачей в теплосеть ее достаточно профильтровать через фильтры с зернистой загрузкой. Для профилактики качества оборотной воды по содержанию взвешенных веществ, особенно в период минимального потребления теплосети, расход продувочной воды, который пропускают через фильтры с зернистой загрузкой, не снижают. При этом профильтрованную воду в количестве, необходимом для подпитки теплосети направляют на утилизацию, а избыток возвращают в циркуляционную систему. Соответствующая нормам профильтрованная вода, направляемая в теплосеть на утилизацию, содержит не более 2 г/м³ взвешенных частиц. Такую же концентрацию взвешенных частиц, естественно, имеет и избыток профильтрованной воды, который возвращают в циркуляционную систему. Возвращение в циркуляционную систему профильтрованной воды снижает в оборотной воде уровень концентрации взвешенных веществ. Уровень концентрации взвешенных веществ, устанавливающийся в оборотной воде, зависит от расхода продувочной воды, подвергаемой фильтрованию. Он складывается из расходов воды, направляемой на утилизацию в теплосеть и возвращаемой в циркуляционную систему. В зависимости от количества частиц пыли, поступающей в оборотную воду с охлаждающим воздухом, и состояния фильтрующей загрузки, расход избытка профильтрованной воды выбирают таким образом, чтобы в оборотной воде устанавливалась концентрация взвешенных веществ, которую фильтрующая загрузка способна удалить до нормируемой прозрачности профильтрованной воды.

Что касается энергетической эффективности теплоэлектростанции, то она определяется экономией топлива в летний период года за счет предотвращения роста температурного напора в конденсаторе турбины, вызывающего снижение глубины вакуума и потерю электрической мощности энергосистемы. По данным инженерной службы ТЭЦ-25 за пять летних месяцев, с 01.05. по 30.09.2003 года, температурный напор в конденсаторных блоках станции увеличился по сравнению с остальным периодом года на 2.84°С. Суммарный расход условного топлива на ТЭЦ-25 за указанный период времени достигал величины 874168 т, при этом за 14027 часов работы было отпущено 2782796 тыс. кВт·час электроэнергии. По оценкам инженерной службы ТЭЦ-25 увеличение температурного напора в летний период года на 1°С сопровождается потерей электрической мощности на 1 МВт. В этой связи суммарные потери отпуска электроэнергии за летний период составляли 14027·1·2.84=39837 тыс. кВт·час. В расчете на год предотвращение названной величины потерь отпуска электроэнергии даст экономию условного топлива 1.87 г/кВт·час и экономический эффект в размере около 37.8 млн. руб./год при стоимости электроэнергии в ценах 2005 года 0.95 руб./кВт·час.

Пример 1. В течение квартала два раза в неделю определяют величину рН охлажденной в градирнях оборотной воды циркуляционной системы ТЭЦ-25 ОАО МОСЭНЕРГО. Рассчитывают среднемесячное значение рН охлажденной в градирнях оборотной воды. Получают значения рН, равные 8.4 или 8.5. Отбирают пробу технической воды, которая прошла стадии умягчения известкованием в осветлителях и последующего натрий-катионирования, измеряют ее рН. Берут пробы, имеющие рН в диапазоне 10.6-10.9, и помешают в цилиндрическую колбу. С использованием воздушного компрессора и насадки для насыщения воздухом аквариумной воды, через отобранную пробу воды пропускают воздух до достижения величины рН 8.4-8.7. Из примера 1 следует, что испарительное охлаждение оборотной воды атмосферным воздухом в градирнях приводит к установлению в ней величины рН в диапазоне значений 8.4-8.7 независимо от рН подпиточной воды.

Пример 2. Отбирают пробу технической воды, которая прошла стадии умягчения известкованием в осветлителях и последующего натрий-катионирования, измеряют ее рН. Берут пробы, имеющие рН 10.9, и помещают в химически чистые емкости из темного стекла с притертыми крышками. В пробы воды, предназначенные для приготовления модельного раствора, с использованием стандартных реактивов вводят фенол до концентрации 10.8 мг/м³. В пробах воды, предназначенных для приготовления контрольного раствора, перед вводом фенола, углекислым газом нейтрализуют гидратную щелочность. После этого вводят фенол до концентрации 10.8 мг/м³. Емкости с приготовленными растворами фенола закрывают притертыми крышками, помещают в холодильник и охлаждают до температуры 4°С. Затем их извлекают из холодильника, открывают крышки и нагревают до температуры 25°С. С использованием воздушного компрессора и насадки для насыщения воздухом аквариумной воды, через нагретые растворы в течение 15 минут пропускают воздух. После чего в пробах определяют содержание фенола методом газожидкостной хроматографии. Значение концентрации фенола в модельном и контрольном растворе получают соответственно 10.5 мг/м³ и 2.8 мг/м³.

Пример 3. Дехлорированную водопроводную воду, не содержащую в себе спор водорослей, помещают в открытые колбы. В контрольные колбы реагент не добавляют, а в экспериментальные вводят фосфатсодержащее производное полигексаметиленгуанидина дозой 1.5 г/м³, создавая предельно допустимую концентрацию реагента по органолептическому признаку вредности. Колбы инкубируют 68 суток при комнатной температуре и освещении 2000 люкс днем и без освещения ночью. Ежедневно за состоянием проб воды проводят визуальные наблюдения. Цветение в контрольных пробах обнаруживают на пятые сутки. В пробах с реагентом цветения не обнаруживают в течение всего периода визуального наблюдения. Для проб воды, помещенных в указанные условия, единственным источником заражения может считаться воздух, в котором всегда содержатся споры водорослей. Из примера 3 следует, что предельно допустимая концентрация фосфатсодержащего производного полигексаметиленгуанидина по органолептическому признаку вредности ингибирует процесс биологического обрастания оборотной воды.

Пример 4. К дехлорированной водопроводной воде, не содержащей в себе спор водорослей, добавляют суспензию зеленых водорослей (chlorella vulgaris). Полученный модельный раствор, содержащий зеленые водоросли в конечной концентрации 1.5·10⁶ клеток/мл, разливают в колбы, куда затем добавляют фосфатсодержащее производное полигексаметиленгуанидина дозой 1.5 и 8 г/м³, создавая предельно допустимую концентрацию по органолептическому признаку вредности и максимально недействующую концентрацию соответственно. Колбы закрывают ватными тампонами и инкубируют с реагентом в течение 3 суток при комнатной температуре и освещении 2000 люкс днем и без освещения ночью. За состоянием зеленых водорослей ежедневно проводят наблюдения: визуальные и под микроскопом. Через 3 суток инкубации в пробах, где создают предельно допустимую концентрацию реагента по органолептическому признаку вредности, обнаруживают визуально нормальное состояние клеток зеленых водорослей, а под микроскопом рост их числа до 3·3·10⁶ клеток/мл. В пробах, где создают максимально недействующую концентрацию реагента (8 г/м³ ), обнаруживают визуально хлопья, осевшие на дно, а под микроскопом обесцвеченные клетки зеленых водорослей, что свидетельствует об отмирании культуры. Из примера 4 следует, что предельно допустимая концентрация фосфатсодержащего производного полигексаметиленгуанидина по органолептическому признаку вредности не обеспечивает альгицидного действия в условиях, имитирующих загрязнение оборотной воды сформировавшимися клетками зеленых водорослей. Отмирание культуры вызывает повышение на трое суток содержания реагента в оборотной воде до его максимально недействующей концентрации.

Пример 5. К стерильной воде добавляют суспензию суточной культуры Е.Coli, приготовленную на физиологическом растворе. Полученный таким образом модельный раствор, содержащий Е.Coli в конечной концентрации 10⁹ КОЕ/мл, разливают в стерильные колбы, куда затем добавляют фосфатсодержащее производное дозой 1.5 г/м³, создавая предельно допустимую концентрацию по органолептическому признаку вредности. Колбы инкубируют с реагентом в течение 1 часа при комнатной температуре. Через 1 час производят анализ на присутствие в воде Е.Coli. Определение микроорганизмов проводят стандартным методом посева через мембранные фильтры на питательную среду Эндо. Присутствия Е.Coli в пробах воды, содержащей производное полигексаметиленгуанидина, не обнаруживают. Из примера 5 следует, что предельно допустимая концентрация фосфатсодержащего производного полигексаметиленгуанидина по органолептическому признаку вредности вызывает гибель суточной культуры Е.Coli, имитирующей недавнее заражение оборотной воды кишечной палочкой, которое может произойти в течение суточного цикла эксплуатации циркуляционной системы из окружающей среды.

Пример 6. К стерильной воде добавляют приготовленную на физиологическом растворе суспензию культур анаэробных бактерий и грибов, выделенных из оборотной воды циркуляционной системы охлаждения оборудования, эксплуатирующейся без продувки с подпиткой водой из московского городского водопровода. Полученный модельный раствор, содержащий выделенные из оборотной воды культуры в конечной концентрации 10⁹ КОЕ/мл, разливают в стерильные колбы, куда затем добавляют фосфатсодержащее производное дозой 1.5 и 8 мг/л, создавая предельно допустимую концентрацию по органолептическому признаку вредности и максимально недействующую концентрацию соответственно. Колбы инкубируют с реагентом в течение 24 часов при комнатной температуре. Представителей анаэробных бактерий обнаруживают на средах: Schaedler-агаре с 5% бараньей крови, Schaedler-агаре с канамицином и бычьей желчью (Becton Dick.Microbiol.Syst.), а также полужидкой тиогликолевой среде (Difco). Посевы культивируют в анаэробных системах при 37-42°С в течение 10 суток. Грибы выявляют с использованием среды Сабуро. Посевы выдерживают при комнатной температуре в течение 48-72 ч. Через 24 часа инкубации в пробах, где создают предельно допустимую концентрацию реагента по органолептическому признаку вредности, обнаруживают 10 ⁴ КОЕ/мл анаэробных бактерий и 10⁶ КОЕ/мл грибов. В пробах, где создают максимально недействующую концентрацию реагента (8 г/м³) анаэробных бактерий и грибов не обнаруживают. Из примера 6 следует, что предельно допустимая концентрация фосфатсодержащего производного полигексаметиленгуанидина по органолептическому признаку вредности не обеспечивает обеззараживание воды, имитирующей заражение оборотной воды штаммами микроорганизмов, сформировавшимися в реальных условиях циркуляционной системы. Гибель устойчивых штаммов культур анаэробных бактерий и грибов вызывают повышением на 24 часа в пробе воды содержания реагента до его максимально недействующей концентрации.

Пример 7. Пробу воды из Москвы-реки объемом 1 л отстаивают для удаления крупнодисперсных загрязнений до содержания взвешенных веществ около 10 мг/л. Затем в нее вводят фосфатсодержащее производное дозой 1.5 г/м³, создавая предельно допустимую концентрацию по органолептическому признаку вредности. Пробу с реагентом фильтруют со скоростью 10 м/ч через модель лабораторного фильтра, загруженного дробленым антрацитом с эквивалентным диаметром зерен 0.9-1.1 мм. В профильтрованной воде стандартным методом с использованием фотоэлектроколориметра определяют содержание взвешенных веществ, которое составляет 2 г/м³. Из этого следует, что фильтрование воды, содержащей до 10 г/м³ взвешенных веществ, в присутствии предельно допустимой концентрации фосфатсодержащего производного по органолептическому признаку вредности, способно обеспечить нормируемую концентрацию взвешенных веществ в воде, направляемой на утилизацию в теплосеть. Рассчитывают расход охлаждающего воздуха через градирни ТЭЦ-25 ОАО "Мосэнерго" в июле 2003 года. Получают величину расхода около 890°10⁵ м³/ч. Исходя из среднегодовой загрязненности воздуха г. Москвы пылевидными частицами около 0.6 ПДК (0.09 мг/м ³), рассчитывают поток взвешенных веществ, поступающих из охлаждающего воздуха, в оборотную воду. Получают массовую величину потока взвешенных веществ около 8000 г/ч. В журналах учета находят величину расхода подпитки теплосети в июле месяце 2003 года 394 м³/ч и потерь оборотной воды на унос 46 м³/ч. Исходя из условия равенства расхода продувочной воды циркуляционной системы потребности теплосети, с учетом потерь оборотной воды на унос, рассчитывают концентрацию взвешенных веществ в оборотной воде. Она составляет 18.2 г/м³ . Производят расчет расхода избытка профильтрованной продувочной воды, который возвращают в циркуляционную систему для обеспечения нормируемого показателя концентрации взвешенных веществ в оборотной воде, направляемой на утилизацию в теплосеть. Расчет ведут, исходя из необходимости стабилизировать концентрацию взвешенных веществ в оборотной воде на уровне 10 мг/л. Определяют, что фильтрованию необходимо подвергнуть продувочную воду с расходом 844 м ³/ч, часть которого 394 м³/ч после фильтрования направляют на утилизацию в теплосеть, а оставшиеся 450 м ³/ч возвращают в циркуляционную систему. В этих условиях концентрация взвешенных веществ в профильтрованной продувочной воде, направляемой на утилизацию в теплосеть, имеет нормируемый показатель, 2 г/м³.

Ниже представлена таблица сравнительных данных, подтверждающих эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным.

Таблица
Показатели, характеризующие способы	Предлагаемый	Известный
Концентрация кишечных палочек в оборотной воде, содержащей предельно допустимую концентрацию по органолептическому признаку вредности концентрацию производного полигексаметиленгуанидина, через один час после их поступления в оборотную воду, КОЕ/мл	0*	109
Концентрация зеленых водорослей, через трое суток после их поступления в оборотную воду, клеток/мл	0**	3·3·106
Концентрация анаэробных бактерий, через сутки после их поступления в оборотную воду, КОЕ/мл	0**	109
Концентрация грибов, через сутки после их поступления в оборотную воду, КОЕ/мл	0**	109
Увеличение температурного напора в конденсаторе турбины за летний период года, °С	0	2.84
Концентрация фенола в охлаждающем воздухе на выходе из градирни, при содержании фенола в подпиточной воде оборотной системы 10.8 мг/м 3	0.0028 ПДКсс	0.17 ПДКсс
Примечание: * в оборотной воде, содержащей предельно допустимую по органолептическому признаку вредности концентрацию производного полигексаметиленгуанидина; ** в оборотной воде, содержащей максимально недействующую концентрацию производного полигексаметиленгуанидина.

Представленные в таблице данные свидетельствуют о повышении эпидемической безопасности утилизируемой оборотной воды циркуляционной системы охлаждения предлагаемым способом. В отличие от известного, предлагаемый способ позволяет полностью уничтожать периодически поступающие в оборотную воду бактерии группы кишечной палочки, анаэробные бактерии, грибы и зеленые водоросли. Кроме того, из представленных в таблице данных видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет предотвратить сезонный рост температурного напора в конденсаторе турбины и тем самым повысить энергетическую эффективность теплоэлектростанций. Что касается сравнительного анализа известного и предлагаемого способа в отношении экологической безопасности, то согласно действующим в РАО ЕЭС РОССИИ нормативно-техническим документам, выброс загрязняющих веществ в атмосферу, в случаях обусловленных экологической ситуацией региона, нормируется в установленном порядке, если их расчетная приземная концентрация превышает 0.1 ПДК. Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает экологическую безопасность водопользования, поскольку позволяет снизить концентрацию фенола в охлаждающем воздухе на выходе из градирни до уровня, который значительно ниже нормируемой расчетной приземной концентрации загрязняющих веществ.

Таким образом, использование приема реагентной декарбонизации воды в щелочной среде по новому назначению, в совокупности с неизвестными ранее последовательностью операций умягчения продувочной воды за счет реагентной декарбонизации подпиточной воды циркуляционной системы в щелочной среде, последующего двухступенчатого натрий-катионирования и смешения подпиточной воды, прошедшей вторую ступень натрий-катионирования с нагретой в теплообменном оборудовании оборотной водой, поступающей на испарительное охлаждение в градирне, и приемами введения в оборотную воду после испарительнрго охлаждения производного полигексаметиленгуанидина до уровня предельно допустимой концентрации по органолептическому признаку вредности с периодическим увеличением его содержание до уровня максимально недействующей концентрации, а также поддержания величины расхода продувочной воды, направляемой на утилизацию, равной потребности теплосети в теряемой сетевой воде, обеспечивает положительный результат, который заключается в повышении энергетической эффективности, эпидемической и экологической безопасности водопользования теплоэлектростанций.